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振动与冲击 2024年第4期43卷 27-37页

作者：刘中宪王建旭金立国天津城建大学土木工程学院天津300384 天津市软土特性与工程环境重点实验室天津300384 中国地震局地质研究所强震构造与地震危险性研究室北京100029

该研究采用一种高精度间接边界元方法(indirect boundary element method, IBEM),研究了平面SV波入射下地上建筑群-地铁隧道群的动力相互作用问题。研究表明:“建筑群-隧道群”系统存在显著的动力相互作用,其规律与入射波性质、建筑物... 详细信息

该研究采用一种高精度间接边界元方法(indirect boundary element method, IBEM),研究了平面SV波入射下地上建筑群-地铁隧道群的动力相互作用问题。研究表明:“建筑群-隧道群”系统存在显著的动力相互作用,其规律与入射波性质、建筑物和隧道数量排布等因素密切相关。通过对比不同建筑物数量对隧道动力响应的影响,能够发现:低频波作用下,建筑物对下穿隧道的动力响应有放大作用,而高频波作用下则会削弱隧道的动力响应,最多可以降低37.5%左右。从频域分析中可以看出:隧道对地震波有较强的屏蔽作用,从而降低了其上建筑群的地震响应。建筑群的存在降低了各个单体建筑的动力响应,但在高频波作用时位于建筑群来波一侧的建筑会产生较大的动力响应。该研究成果可为城市建筑群-地铁隧道群的动力相互作用分析以及地上建筑和地铁隧道的抗震设计提供理论依据。

关键词：结构-土-结构相互作用地铁隧道地上建筑群间接边界元法(IBEM) 频谱特性

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隧道-土-桥桩相互作用体系振动台试验与数值模拟研究

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振动工程学报 2024年第1期37卷 168-181页

作者：路沙沙赵东旭白举科刘少栋尹航辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 辽宁省矿山沉陷灾害防治重点实验室辽宁阜新123000

以大连实际工程为背景,通过振动台试验研究了双隧道-砂土-桥桩系统在地震作用下的动力相互作用(SSSI),得到结构、场地的动力响应规律,并与ABAQUS数值模拟结果进行对比。数值模型引入Kelvin本构模型子程序,利用等效线性方法处理砂土在计... 详细信息

以大连实际工程为背景,通过振动台试验研究了双隧道-砂土-桥桩系统在地震作用下的动力相互作用(SSSI),得到结构、场地的动力响应规律,并与ABAQUS数值模拟结果进行对比。数值模型引入Kelvin本构模型子程序,利用等效线性方法处理砂土在计算过程中的非线性问题。将试验结果与数值模拟结果进行对比,验证了数值模拟的可靠性。在此基础上设计了8种工况,通过对比分析研究了体系内各结构之间的相互作用规律。结果表明,隧道会放大桥桩、临近隧道的峰值加速度,而桥桩却会对侧穿隧道的峰值加速度起到减弱作用;隧道与桥桩的存在均会增大彼此的截面剪力与弯矩,其中受影响的区域主要集中在隧道上下拱,桥桩的桩底与桩-土交界面。

关键词：结构-土-结构相互作用振动台试验数值模拟动力响应放大系数

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隧道与临近地面结构动力相互作用规律数值模拟

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地震工程学报 2022年第2期44卷 276-284页

作者：景立平何斌董瑞李嘉瑞汪刚中国地震局工程力学研究所黑龙江哈尔滨150080 防灾科技学院地质工程学院河北三河065201

通过建立不同场地条件下隧道-土-上部结构相互作用的模型,研究有、无上部结构存在、场地条件和地震波频谱特性对隧道-土-上部结构体系地震响应的影响。计算结果表明:(1)对于隧道等地下结构,其地震响应主要受场地条件影响,不同场地条件... 详细信息

通过建立不同场地条件下隧道-土-上部结构相互作用的模型,研究有、无上部结构存在、场地条件和地震波频谱特性对隧道-土-上部结构体系地震响应的影响。计算结果表明:(1)对于隧道等地下结构,其地震响应主要受场地条件影响,不同场地条件隧道动内力值相差巨大,设计时应引起足够重视,相比之下有、无邻近上部结构对其影响较小;(2)S波垂直入射时,对于无上部结构的隧道动内力响应呈对称性,上部结构的存在会打破该对称性,使隧道与邻近上部结构相邻侧45°角处动轴力增大,另一侧135°角处显著减小;(3)波的频谱特性对地上、地下结构地震响应的影响差异明显,地上结构受地震波输入影响较地下结构更大,对于地下结构,则主要由场地条件控制。

关键词：场地类别结构-土-结构相互作用地震响应有限元动力时程分析

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考虑场地-城市效应的复杂相互作用体系地震响应研究进展

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自然灾害学报 2022年第3期31卷 1-14页

作者：王国波巴峰王垚谢伟平温州大学建筑工程学院浙江温州325035 武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070

随着土-结构相互作用和结构-土-结构相互作用研究的不断深入,城市中密集分布建筑之间及其与复杂场地环境之间在地震时的相互作用效应也引起了广泛关注。目前在常规的地震响应分析中忽略城市建筑群之间及其与复杂场地之间相互作用的分析... 详细信息

随着土-结构相互作用和结构-土-结构相互作用研究的不断深入,城市中密集分布建筑之间及其与复杂场地环境之间在地震时的相互作用效应也引起了广泛关注。目前在常规的地震响应分析中忽略城市建筑群之间及其与复杂场地之间相互作用的分析方法存在明显的局限性。论文首先描述了场地-城市效应的由来,然后按分析模型、研究方法、影响因素、评价方法及指标四部分分别总结归纳了场地-城市效应的研究现状和进展。已有研究表明:场地-城市效应能显著改变场地土的地震动特性,从而进一步影响城市密集结构的地震响应,其影响不容忽视,其中场地-城市效应主要受到城市密度、结构动力特性和分布形式、土-结构刚度比等因素的影响;而针对材料非线性、地震动空间效应以及考虑地下结构影响的场地-城市效应的研究相对较少。最后建议了相关的可进一步深入研究的方向。

关键词：场地-城市相互作用土-结构相互作用结构-土-结构相互作用地震响应城市地震学

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地铁车站与横跨桥梁耦联破坏数值模拟

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地震学报 2022年第1期44卷 50-59页

作者：董瑞景立平单振东李亚东中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室哈尔滨150080 地震灾害防治应急管理部重点实验室哈尔滨150080 防灾科技学院河北廊坊065201 广州大学工程抗震研究中心广州510405

以典型的两层三跨形式地铁车站为研究对象,采用非线性动力时程反应分析方法,对软土场地的地铁车站与上部交叉桥梁模型进行数值模拟分析,给出了一种潜在的地铁车站-桥梁耦联破坏模式,分析了地铁车站与上部桥梁的地震动力相互作用.数值模... 详细信息

以典型的两层三跨形式地铁车站为研究对象,采用非线性动力时程反应分析方法,对软土场地的地铁车站与上部交叉桥梁模型进行数值模拟分析,给出了一种潜在的地铁车站-桥梁耦联破坏模式,分析了地铁车站与上部桥梁的地震动力相互作用.数值模拟结果表明:桥梁对车站的地震响应影响较小,车站发生破坏主要取决于地震作用及其本身的强度;地铁车站发生破坏后会引起邻近区域土层产生较大的水平和竖向变形,进而会引起邻近区域地基失效并使桥梁发生落梁破坏;地铁车站遭地震破坏后,桥梁基础带动邻近区域的土层整体向车站方向移动,加剧车站坍塌震害.

关键词：结构-土-结构相互作用有限单元法地震反应分析耦联破坏

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SSSI效应对某三代核电堆型厂房群地震响应的影响研究

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建筑结构 2023年第S02期53卷 767-773页

作者：甘莹莹王东洋杨建华孙晓颖中国核电工程有限公司核安全结构技术研究中心北京100840 中国核电工程有限公司建筑结构所北京100840

核电厂厂房群是由多个相互紧邻的建构筑物组成的,在地震作用下,厂房群之间的结构-土-结构相互作用(SSSI效应)通过地基传递,使得相邻厂房之间相互影响。本文基于某三代核电堆型核安全相关的抗震I类厂房选取研究对象,以核岛厂房和消防泵... 详细信息

核电厂厂房群是由多个相互紧邻的建构筑物组成的,在地震作用下,厂房群之间的结构-土-结构相互作用(SSSI效应)通过地基传递,使得相邻厂房之间相互影响。本文基于某三代核电堆型核安全相关的抗震I类厂房选取研究对象,以核岛厂房和消防泵房为目标厂房,分别建立了厂房群和单独厂房的三维实体有限元模型,采用基于频域求解的子结构法,选取软土和硬岩两种地基,对比不同地基条件下厂房群和单独厂房时目标厂房的楼层反应谱,开展SSSI效应对厂房地震响应的影响研究,分析采用的地震输入保持一致。分析结果表明:SSSI效应对楼层反应谱的谱形无影响,相比硬岩地基,软土地基条件下SSSI效应对厂房楼层反应谱值的影响更大;SSSI效应对大体量核岛厂房地震响应的影响有限,而对小体量的消防泵房影响更显著,峰值加速度和零周期加速度差异比绝对值最大分别可达13%和10%;此外,SSSI效应主要对在地震传播方向上构成SSSI传力体系的小体量厂房产生显著影响。

关键词：核电厂厂房群地基结构-土-结构相互作用楼层反应谱

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液化夹层地基-筏型浅基础-上部结构地震响应研究

液化夹层地基-筏型浅基础-上部结构地震响应研究

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作者：沈文翔三峡大学

学位级别：硕士

地震引起的砂土地基液化是最具破坏性的自然灾害之一,历年来受到国内外学者和工程界的高度重视。地基液化会导致上部结构发生破坏,但也能对上部结构起到隔震作用。同时,液化夹层地基中存在相邻结构时,地震过程中产生的结构-土-结构相互... 详细信息

地震引起的砂土地基液化是最具破坏性的自然灾害之一,历年来受到国内外学者和工程界的高度重视。地基液化会导致上部结构发生破坏,但也能对上部结构起到隔震作用。同时,液化夹层地基中存在相邻结构时,地震过程中产生的结构-土-结构相互作用也会影响相邻浅基础结构的抗震性能。而目前大多数研究忽略了液化层的隔震作用,仅考虑了非液化场地上相邻结构和液化场地上独立结构的地震危害。因此,本文基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用有限元-有限差分耦合数值方法。研究液化层隔震作用下独立筏型浅基础结构的地震响应,对比分析液化夹层地基中相邻结构与独立结构的地震响应差异,探明不同因素对液化夹层地基-相邻结构体系地震响应影响规律,为液化地基中相邻浅基础结构的抗震设计提供参考和指导意义。本文的主要研究成果如下:(1)基于有限元-有限差分耦合数值方法,分析液化层隔震作用下独立筏型浅基础结构的地震响应,结果表明:增大液化层密实度或地震强度,会减弱液化层对上部结构的隔震效果。此外,存在液化层厚深比K(液化层厚度比覆盖层和液化层厚度之和)区间,既可以增强液化层隔震效果又可以减小上部结构沉降和倾斜危害。(2)通过对比独立结构和不同相邻结构模型之间的楼层加速度、柱弯矩和倾斜角,以及结构沉降和地基的超孔压响应的差异,结果表明:与独立结构相比,结构-土-结构相互作用使浅基础结构的加速度响应峰值和结构弯矩呈现出不同程度的下降趋势,其影响程度和地震波的频谱特性以及结构自身的尺寸有关。此外,更高结构邻近时会降矮结构的沉降,增大结构倾斜,并抑制相邻结构下方土层中超孔压比的增长。(3)通过建立不同工况下液化夹层地基-相邻结构数值分析模型,探究了覆盖层密实区域、双层液化层厚度、相邻结构高度差、相邻结构埋深差、覆盖层与液化层密实度比值、高度差与间距比值F六个因素对结构-液化地基-结构体系的地震响应影响规律,结果表明:随着覆盖层密实区域、基础埋深差和高度差、覆盖层与液化层密实度比值的增大,可以有效减小相邻结构的沉降和倾斜,但是会加大结构加速度响应;双液化层厚度增大会加剧上部相邻结构的沉降和倾斜,减小加速度响应;当相邻结构间距小于基础宽度时,F的增加,可以降低结构的加速度响应和沉降量。

关键词：液化夹层地震响应浅基础结构-土-结构相互作用隔震效果

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地上框架结构对邻近浅埋地铁车站地震响应影响分析

地上框架结构对邻近浅埋地铁车站地震响应影响分析

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作者：何荆安徽理工大学

学位级别：硕士

随着社会经济的快速发展和人口不断扩张,城市建设用地日益紧张。地铁作为一种高效、清洁的交通工具受到广泛欢迎,大部分大中城市均建有地铁。我国地震灾害频发,地铁车站一旦遭遇震害破坏,造成人员伤亡和经济损失难以估量。为满足人们日... 详细信息

随着社会经济的快速发展和人口不断扩张,城市建设用地日益紧张。地铁作为一种高效、清洁的交通工具受到广泛欢迎,大部分大中城市均建有地铁。我国地震灾害频发,地铁车站一旦遭遇震害破坏,造成人员伤亡和经济损失难以估量。为满足人们日常出行需要,地铁车站大都邻近居民区、商业圈等人员密集场所,周围既有建筑较多。地震发生时,既有建筑震动产生的波动场和附加应力场会对地基造成一定的扰动,如此势必会影响到地铁车站地震反应。研究邻近地面建筑对浅埋地铁车站地震响应影响十分必要。鉴于此,本文以数值模拟为主要研究手段,对浅埋地铁车站受邻近上部框架结构地震响应影响进行分析,研究内容如下:(1)以上海人民广场二号线双层三跨地铁车站为背景,分别采用三维和二维平面有限元模型计算其地震反应,以三维模型的计算结果为标准,评价现有二维平面应变模型的合理性。研究结果表明:当采用现有二维平面模型计算时,侧壁地震反应误差在19.95%之内,中柱地震反应误差相对较大,最大可达44.60%,中柱误差是由于中柱沿行车方向不连续所引起。为减小中柱地震反应误差,本文改进了现有二维平面模型,计算结果表明,改进模型可使中柱计算误差显著减小。(2)探究地震动输入界面的选取对地铁车站结构地震反应计算结果的影响。对地铁车站进行地震反应计算时,地震动的输入有两种选择。一种是从基岩面输入,另一种是从地面往下70米处的界面输入。本文分别计算两种界面输入情况下地铁车站的地震反应,以第一种界面(基岩面)输入时的计算结果为标准,评价第二种界面输时,地铁车站结构的地震反应误差。结果表明:以地表往下70m为地震动输入面时,地铁车站结构的地震反应大于真实基岩处为地震动输入面的情况,在弹性范围内计算时误差在16.79%1.75%,考虑土体非线性情况时误差为29.19%1.41%。建议进行深厚软弱场地中的地铁车站结构地震反应分析时,应选用基岩面作为地震动输入面。(3)在粘滞阻尼假定下,在时域内对动力系统的运动方程进行求解前,需明确阻尼矩阵,通常采用Rayleigh阻尼模型,Rayleigh阻尼系数的表达式中只有一个阻尼比,然而地铁车站这种土-结构相互作用系统的计算模型中有场地土和混凝土两种阻尼比不同的材料,且不同深度的土层阻尼比也可能不同,这时只能用一个等效阻尼比描述此土﹣结构系统的阻尼。针地铁车站结构运动方程中阻尼矩阵的等效阻尼比的确定问题,本文研究了等效阻尼比的取值方法。研究结果表明,对于地铁车站结构系统,应考虑各种材料阻尼比的贡献,仅以某一种材料的阻尼比代替系统的阻尼比会产生较大误差。另外,研究了计算Rayleigh阻尼系数时两个频率值的选取问题。研究结果表明,当结构自身频率与地震波反应谱峰值频率相差较大时,选取结构基频和结构自身高阶频率计算误差较小;当自身频率与地震波反应谱峰值频率相近时,选择结构基频和地震波反应谱峰值频率较为合理。(4)在前四章研究基础上建立较为准确的有限元模型,用以模拟地面框架结构-土层-地下车站结构动力相互作用,研究地面结构对临近地铁车站结构地震反应的影响。分别讨论了地面结构在层数、间距、基础形式等因素对地铁车站地震反应的影响情况,结果表明,地面结构因素对地铁车站影响程度为:层数>距离>基础形式。在地铁车站抗震研究中数值分析方法受到广泛应用,本文研究成果以期为提高此类数值模拟精确性提供更多参考依据。图[28]表[25]参[61]

关键词：地铁车站抗震分析阻尼矩阵结构-土-结构相互作用

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近断层地震动作用下相邻建筑碰撞响应的量纲分析

近断层地震动作用下相邻建筑碰撞响应的量纲分析

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作者：张志敏大连理工大学

学位级别：硕士

地震灾害调查表明,相邻建筑间的碰撞作用是造成结构破坏的主要原因之一。在城市化快速发展和建筑群越来越密集的今天,相邻建筑碰撞问题的研究具有重大的理论意义和应用价值。一些学者对地震作用下相邻建筑碰撞动力响应分析问题进行了研... 详细信息

地震灾害调查表明,相邻建筑间的碰撞作用是造成结构破坏的主要原因之一。在城市化快速发展和建筑群越来越密集的今天,相邻建筑碰撞问题的研究具有重大的理论意义和应用价值。一些学者对地震作用下相邻建筑碰撞动力响应分析问题进行了研究,但由于该问题是高度非线性的,涉及参数较多,常规方法很难得出明确的规律。量纲分析方法可以减少参数数量,更好地揭示结构地震响应的内在规律。然而,广泛用于地震响应量纲分析的能量长度尺度,仅取决于激励特性并且缺乏明确的物理意义。本文提出代表结构静位移的内禀长度尺度进行近断层地震动作用下相邻建筑碰撞系统的量纲响应分析。内禀长度尺度是与结构相关参数且具有明确的物理意义。对弹性单自由度(SDOF)摆与刚性墙、相邻多自由度(MDOF)非弹性建筑和考虑结构-土-结构相互作用(SSSI)的相邻多层建筑三种碰撞系统的地震响应进行了研究。主要内容如下:首先,对于SDOF摆与刚性墙的单边碰撞系统,比较了不同类型近断层脉冲作用下两种长度尺度表征SDOF摆规格化峰值位移响应的能力,研究了碰撞作用和接触单元相关参数对其峰值响应的影响。研究表明,采用内禀长度尺度进行量纲分析时,自相似反应谱具有更小且分布更为均匀的离散度,建议采用内禀长度尺度对相邻建筑碰撞系统进行量纲分析。对于接触单元相关参数,恢复系数越大,规格化峰值位移越大,而接触单元角频率对峰值位移影响较小。其次,对于相邻MDOF非弹性建筑碰撞系统,研究了碰撞对相邻建筑各楼层无量纲位移响应的影响,分析了质量比、刚度比和结构非弹性相关参数对顶层无量纲峰值响应的影响。研究表明,在不同类型近断层脉冲作用下,基于内禀长度尺度规格化的各楼层峰值位移仍具有更小的离散度,而对于参与构建内禀长度尺度的右侧建筑,其规格化峰值响应存在关于质量比和刚度比的自相似性。屈服后刚度比对楼层峰值响应较大的影响,而屈服位移仅对结构自身峰值响应有显著影响。最后,考虑SSSI,建立了相邻15层和8层非弹性建筑的离散动力学分析模型。输入实际近断层地震动记录,计算得到相邻建筑的楼层响应包络线,论述了SSSI对碰撞动力响应的影响。基于内禀长度尺度,考察了地基土类型对建筑规格化峰值响应的影响。结果表明,土类型仅对靠近地基的较低楼层响应有显著影响。建立了用于预测相邻建筑第八层地震峰值位移的回归模型,并验证了模型的准确性。

关键词：相邻建筑碰撞系统量纲分析内禀长度尺度近断层地震动结构-土-结构相互作用

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强震作用下邻近地面建筑地铁车站的破坏特性研究

强震作用下邻近地面建筑地铁车站的破坏特性研究

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中国土木工程学会110周年纪念大会暨中国土木工程学会2023年学术年会

作者：邱滟佳张鸿儒张静堃长江勘察规划设计研究院北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室

构建地下车站-场地-地面建筑的静-动力耦合模型,针对强震作用下邻近地面建筑地铁车站的破坏特性进行分析,并通过与单一车站的对比,得到地面建筑对车站非线性发展规律的影响以及邻近地面建筑地铁车站的抗震薄弱环节。结果表明:(1)地面建... 详细信息

构建地下车站-场地-地面建筑的静-动力耦合模型,针对强震作用下邻近地面建筑地铁车站的破坏特性进行分析,并通过与单一车站的对比,得到地面建筑对车站非线性发展规律的影响以及邻近地面建筑地铁车站的抗震薄弱环节。结果表明:(1)地面建筑的存在会显著加快车站塑性变形的发生,尤其是站台层靠近地面建筑一侧的侧墙底部,该位置产生塑性铰时车站的层间位移角减小了35%以上;(2)地面建筑的存在不但会使车站更加容易发生失效破坏,也会改变地下结构的破坏模式。站厅层靠近建筑一侧侧墙会是邻近地面建筑地铁车站的抗震薄弱环节;(3)竖向地震会加快车站达到塑性变形和破坏失效,但整体影响不会超过10%。因此,相比于单一车站,应适当提高邻近地面建筑地铁车站的抗震设防要求或加强车站侧墙的配筋,以提高结构整体的抗震能力。

关键词：地铁车站结构-土-结构相互作用非线性地震破坏

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